JP2008213296A - 液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴がより微細化したとしても、ノズルごとの液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制し、より高精度な液滴吐出が可能な液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド２２は、縦振動型圧電素子を有する液滴吐出ヘッド２２であって、液滴を吐出するノズル２７を有するノズルプレート１と、ノズル２７に連通する連通孔１６と連通孔１６に連通され圧力を発生する圧力室４を有するスペーサ３と、圧力室４を振動させる振動板７とを備え、ノズルプレート１とスペーサ３と振動板７とを支持する基台１３を有する液滴吐出ヘッド２２において、基台１３が、金属製である。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、及び当該液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置に関する。

従来、インクジェットプリンタなどの液滴吐出技術を利用して、カラーフィルタや、金属配線などの微細なパターンを描画する製造方法と、その利用例とが、提案されている。

インクジェットプリンタなど液滴吐出装置に用いられる液滴吐出ヘッドの構造については、縦振動型圧電素子を利用してインクを吐出する液滴吐出ヘッドが提案されていた。特許文献１に開示されているように、液滴吐出ヘッドの剛性を向上するための方法として、プラスチック製のヘッドケースの中に剛性向上用の金属板をインサート成型する技術が提案されていた。

特開平９−２２６１１７号公報

しかしながら、特許文献１に示す液滴吐出ヘッドでは、ヘッドケース（材料はプラスチック）の中に剛性向上用の金属板をインサート成型して、液滴吐出ヘッドの剛性の向上を図ってはいるが、液滴吐出ヘッドの変形を完全に抑えることが困難であった。結果的に、液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制することが困難であった。なお、液滴がより微細化してくると、ノズルの大きさをより小さくする必要があり、精度よく液滴を着弾させることが困難となってくる。このため、液滴が微細化したとしても精度よく液滴を吐出することが可能な液滴吐出ヘッドが求められていた。

本発明の目的は、液滴がより微細化したとしても、ノズルごとの液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制し、より高精度な液滴吐出が可能な液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置を提供することである。

本発明の液滴吐出ヘッドは、縦振動型圧電素子を有する液滴吐出ヘッドであって、液滴を吐出するノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに連通する連通孔と前記連通孔に連通され圧力を発生する圧力室を有するスペーサと、前記圧力室を振動させる振動板とを備え、前記ノズルプレートと前記スペーサと前記振動板とを支持する基台を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記基台が、金属製であることを特徴とする。

この発明によれば、基台が、金属製であるから、プラスチック材料や、金属板をインサートしたヘッドケースに比べて剛性を向上させることができるので、ノズルごとの液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。結果的に、安定した吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドは、前記基台が、ニッケル、タングステン、チタン、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛のうち、少なくとも一つ以上を主成分とする材料で形成されていることが望ましい。

この発明によれば、ニッケル、タングステン、チタン、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛のうち、少なくとも一つ以上を主成分とする材料で形成されているから、選択する材料の種類が多いので、剛性の高い液滴吐出ヘッドを容易に形成することができる。

本発明の液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であって、前記液滴吐出ヘッドとして前述に記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、ノズルごとの液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる安定した吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを備えているから、高精度な液滴吐出が実現可能な液滴吐出装置を提供することができる。

（実施形態）
本実施形態では、金属製の基台を用いた液滴吐出ヘッドについて説明する。

図１は、液滴吐出ヘッドの概略斜視図である。図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドのＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１及び図２に示すように、液滴吐出ヘッド２２は、ノズルプレート１と、スペーサ３と、振動板７と、基台１３と、基板２５とで構成されている。

ノズルプレート１は、液滴を吐出することが可能なノズル２７を多数備えている。

スペーサ３は、圧力室４と、インク供給路５及び共通のインク室であるリザーバ６と、連通孔１６とを有している。そして、連通孔１６は、圧力室４からインクが吐出できるようにノズル２７に連通している。スペーサ３は、（１１０）面方位を有するシリコン単結晶であり、異方性エッチングによって形成されている。シリコン基板の厚さは約０．４ｍｍである。圧力室４の幅、深さはそれぞれ１００μｍである。長さは約１ｍｍである。連通孔１６は、その幅が１００μｍであり、長さは１８０μｍである。

振動板７は、その基材７ａに高分子延伸フィルムを使用しており、その表面には金属製のアイランド部７ｂが形成されている。このアイランド部７ｂは、圧力室４の幅方向の中心領域に形成されており、圧力室４の長手方向に延伸するように配置されている。そして、振動板７は、このアイランド部７ｂを介して圧電振動子１１による変位を受けるように構成されている。圧電振動子１１は、複数備えられており、縦振動することが可能な縦振動モードの機能を有している。圧電振動子１１を固定するための固定板２９を備えており、振動子ユニット１０は、圧電振動子１１と固定板２９とで構成されている。振動子ユニット１０は、振動子ユニット収容孔１４に収容されている。そして、圧電振動子１１の先端をアイランド部７ｂに当接するように配置し、固定板２９を介して基台１３に固定されている。

基台１３は、ノズルプレート１と、スペーサ３と、振動板７と、振動子ユニット１０とを支持している。そして、これら基台１３と、ノズルプレート１と、スペーサ３と、振動板７と、振動子ユニット１０とは、接着剤により固定されている。そして、基台１３には、インクタンク（図示省略）に接続可能なインク供給管（図示省略）が設けられており、インク供給口（図示省略）を介してリザーバ６にインクを供給することができるように構成されている。なお、ノズルプレート１と、スペーサ３と、振動板７とで構成される流路は、基台１３に固定される。そして、液滴吐出ヘッド２２は基板２５を介してキャリッジ（図示省略）に固定される。

基台１３は、金属製である。基台１３を製造するときに用いられる材料は、例えばニッケル、タングステン、チタン、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛のうち、少なくとも一つ以上を主成分とするものである。また、その他の材料としては、例えばこれらの合金をも使用することができる。なお、基台１３は、例えば金属粉末射出成型法や、機械加工法、ダイキャスト法、精密鋳造法、粉末冶金法などの製造方法により製造できる。なお、液滴吐出ヘッド２２の剛性が確保されるのであれば、基台１３は、いくつかの部品に分割してもかまわない。そして、分割した部品同士を組み合わせる場合は、できるだけ液滴吐出ヘッド２２の剛性が高くなるように、接着、接合、溶接などの製造方法を採用するのが望ましい。

次に液滴吐出装置について説明する。ここでは、本実施形態における液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置としてのプリンタについて説明する。

図３は、本実施形態における液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置としてのプリンタの構成例を示す概略斜視図である。

図３に示すように、液滴吐出装置としてのプリンタ１００は、インクタンク１０１、キャリッジ１０２、プラテン１０３、記録紙１０４等を備えた構成になっており、液滴吐出ヘッド２２はキャリッジ１０２に搭載されている。

本実施形態における液滴吐出ヘッド及びプリンタの構成は以上のようであって、図１、図２、図３を参照しながら、その動作について説明する。

図３に示すように、液滴吐出装置としてのプリンタ１００は、プラテン１０３により記録紙１０４を搬送させつつ、キャリッジ１０２を移動させて、記録紙１０４と液滴吐出ヘッド２２との相対位置を制御しながら、インクをインクタンク１０１から供給する。そして、液滴吐出ヘッド２２からインクを吐出させることにより、任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する。

次にプリンタ以外で液滴吐出ヘッドが使用される工業用の液滴吐出装置について説明する。

図４は、本実施形態における液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の構成例を示す概略斜視図である。

図４に示すように、液滴吐出装置ＩＪは、液滴吐出ヘッド２２を備えたヘッドユニット２６と、液滴吐出ヘッド２２の位置を制御するヘッド位置制御装置１７と、ガラス基板１２の位置を制御する基板位置制御装置１８と、走査駆動装置１９と、送り駆動装置２１と、基板供給装置２３と、この液滴吐出装置ＩＪの全般の制御を司るコントロール装置２４とを有している。

基板位置制御装置１８は、ガラス基板１２を載せるテーブル４９を有している。走査駆動装置１９は、ガラス基板１２に対して液滴吐出ヘッド２２を走査方向Ｘに走査移動させる走査駆動機能を有している。送り駆動装置２１は、ガラス基板１２に対して液滴吐出ヘッド２２を走査方向と交差（直交）するＹ方向に送る機能を有している。基板供給装置２３は、ガラス基板１２を液滴吐出装置ＩＪ内の所定の作業位置へ供給する機能を有している。

ヘッド位置制御装置１７、基板位置制御装置１８、走査駆動装置１９、送り駆動装置２１の各装置は、ベース９の上に設置される。また、これらの各装置は、必要に応じてカバー１５によって覆われる。

基板供給装置２３は、ガラス基板１２を収容する基板収容部５７と、ガラス基板１２を搬送するロボットなどの基板移載機構５８とを有している。基板移載機構５８は、基台５９と、基台５９に対して昇降移動する昇降軸６１と、昇降軸６１を中心として回転する第１アーム６２と、第１アーム６２に対して回転する第２アーム６３と、第２アーム６３の先端下面に設けられた吸着パッド６４とを有している。この吸着パッド６４は空気吸引（真空吸着）などによってガラス基板１２を吸着保持することができるように構成されている。

液滴吐出ヘッド２２の走査軌跡下であって、送り駆動装置２１の一方の脇位置に、キャッピング装置７６及びクリーニング装置７７が配設されている。さらに、送り駆動装置２１の他方の脇位置には電子天秤７８が設置されている。ここで、キャッピング装置７６は液滴吐出ヘッド２２が待機状態にあるときにノズル２７（図１参照）の乾燥を防止するための装置である。クリーニング装置７７は、液滴吐出ヘッド２２を洗浄するための装置である。電子天秤７８は、液滴吐出ヘッド２２内の個々のノズル２７から吐出される材料の液滴の重量を測定する装置である。さらに、液滴吐出ヘッド２２の近傍には、液滴吐出ヘッド２２と一体に移動するヘッド用カメラ８１が取り付けられている。

コントロール装置２４は、プロセッサを収容したコンピュータ本体部６６と、キーボード等の入力装置６７と、ＣＲＴ等の表示装置６８とを有している。

次に液滴吐出装置ＩＪ（図４参照）を用いて発光層を形成する方法について簡単に説明する。

ガラス基板１２の上に隔壁（バンク）を形成し、バンク開口部（図示省略）に発光層形成用インクを打ち込んで乾燥・固化させ、発光層を形成する。なお、バンク開口部（図示省略）に発光層形成用インクを打ち込むときには、ノズル２７とバンク開口部（図示省略）とが１：１で対応するようにバンク開口部（図示省略）を配置し、描画を行う。バンク開口部（図示省略）内における発光層の膜厚の狙い値は８５ｎｍである。本実施形態で形成した発光層の膜厚は、８４ｎｍ〜８６．５ｎｍ（ばらつきの幅：２．５ｎｍ）の範囲であった。なお、発光層の膜厚の測定には、触針式の段差測定器を用いた。また、液滴の飛行速度は、４．９ｍ／ｓｅｃ〜５．１ｍ／ｓｅｃ（ばらつきの幅：０．２ｍ／ｓｅｃ）の範囲であった。静止面に対するノズルプレート１の変形量は、０．０３μｍであった。

次に本実施形態における液滴吐出ヘッドと従来技術における液滴吐出ヘッドとを比較した結果について説明する。なお、バンク開口部（図示省略）に発光層形成用インクを打ち込むのには、図４に示す液滴吐出装置を用いた。
＜比較例＞

基台１３を金属板のインサート成型によるプラスチック材料で作成し、この基台１３を液滴吐出ヘッド２２に用い、本実施形態と同一条件のもとで液滴吐出ヘッド２２を駆動させて、その特性を調査した。その結果、発光層の膜厚は、８１ｎｍ〜９１ｎｍ（ばらつきの幅：１０ｎｍ）の範囲であった。なお、発光層の膜厚の測定には、触針式の段差測定器を用いた。また、液滴の飛行速度は、４．１ｍ／ｓｅｃ〜５．０ｍ／ｓｅｃ（ばらつきの幅：０．９ｍ／ｓｅｃ）の範囲であった。静止面に対するノズルプレート１の変形量は、０．１μｍであった。

本実施形態と比較例とを比較した結果、本実施形態では、比較例に比べて発光層の膜厚のばらつきを抑制することができることを確認できた。また、このことから液滴吐出ヘッド２２から吐出される液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきが抑制されていることも確認できた。

以上のような本実施形態における液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の構成によれば、以下の効果が得られる。
（１）基台１３が、金属製であるから、金属板をプラスチック材料にインサートしたヘッドケースに比べて剛性を向上させることができるので、ノズル２７ごとの液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。結果的に、安定した吐出特性を有する液滴吐出ヘッド２２を提供することができる。
（２）ニッケル、タングステン、チタン、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛のうち、少なくとも一つ以上を主成分とする材料で形成されているから、選択する材料の種類が多いので、剛性の高い液滴吐出ヘッド２２を容易に形成することができる。
（３）ノズル２７ごとの液滴の吐出速度や、液滴の吐出量のばらつきを抑制することができる安定した吐出特性を有する液滴吐出ヘッド２２を備えているから、高精度な描画が実現可能な液滴吐出装置としてのプリンタ１００（または液滴吐出装置ＩＪ）を提供することができる。

実施形態における液滴吐出ヘッドの概略斜視図。 図１における液滴吐出ヘッドのＡ−Ａ線に沿う断面図。 プリンタの概略構成を示す斜視図。 液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図。

符号の説明

１…ノズルプレート、３…スペーサ、４…圧力室、１３…基台、１６…連通孔、２２…液滴吐出ヘッド、２７…ノズル、１００…プリンタ、ＩＪ…液滴吐出装置。

Claims (3)

1. 縦振動型圧電素子を有する液滴吐出ヘッドであって、液滴を吐出するノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに連通する連通孔と前記連通孔に連通され圧力を発生する圧力室を有するスペーサと、前記圧力室を振動させる振動板とを備え、前記ノズルプレートと前記スペーサと前記振動板とを支持する基台を有する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記基台が、金属製であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記基台が、ニッケル、タングステン、チタン、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛のうち、少なくとも一つ以上を主成分とする材料で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であって、
   前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液滴吐出装置。

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